北理工/北大团队揭示藤条香薰VOCs释放机制和物理模型，准确预测暴露量
北理工/北大团队揭示藤条香薰VOCs释放机制和物理模型，准确预测暴露量
藤条香薰因其便捷性和相对安全性在家庭中广受欢迎，但其释放的挥发性有机化合物（VOCs）可能对人体健康构成潜在风险。北京理工大学熊建银课题组和北京大学黄少丹课题组合作，通过实验测定了藤条香薰释放的VOCs成分，建立了释放过程的物理模型，并分析了室内环境中相关因素对释放特性的影响，为香薰产品的安全性评估提供了科学依据。
物质科学
Physical science
北京理工大学熊建银课题组和北京大学黄少丹课题组合作揭示了藤条香薰VOCs的释放机制，建立了释放过程的物理模型，可准确预测室内香薰相关的VOCs暴露量，文章以“Emissions of volatile organic compounds from reed diffusers in indoor environments”为题发表于Cell Press细胞出版社旗下期刊Cell Reports Physical Science。
第一作者：张宣凯、何雪琼
通讯作者：熊建银、黄少丹
通讯单位：北京理工大学、北京大学
研究亮点：
实验测定了典型藤条香薰释放的VOCs成分。
建立了描述藤条香薰VOCs释放的物理模型。
分析了室内环境中相关因素对释放特性的影响。
藤条香薰作为一种无焰香薰，因其便捷性和相对安全性受到广泛关注，其中的芳香成分被认为具有改善睡眠和缓解焦虑的作用。然而，香薰中某些成分可能对人体健康构成潜在风险。先前研究主要针对室内环境中建材、家具等的挥发性有机物（VOCs）释放，对藤条香薰在室内释放和传输机制的认识非常有限。
图1室内环境中藤条香薰VOCs释放过程及健康影响示意图
藤条香薰释放的VOCs成分
作者采用全尺寸环境舱测试藤条香薰释放的 VOCs 成分。测得的10种VOCs占总VOCs（TVOCs）的近90%，其中乙酸芳樟酯、芳樟醇、桉叶油醇、β-月桂烯、α-松油醇和3-蒈烯占68.9%，为香薰释放各种香味的主要有效成分。此外，α-蒎烯、β-蒎烯和3-蒈烯，已被确定对人类健康产生直接影响，合计占测得VOCs的15%。
图2 藤条香薰在不同时间释放的VOCs成分及其占比
藤条香薰释放VOCs的物理模型
在不同室内环境中，藤条香薰所释放VOCs暴露量的预测依赖于释放模型的建立。作者通过理论分析建立了藤条香薰VOCs释放过程的物理模型，基于模型的分析表明，香薰棒的数量、长度及直径的增加均会导致室内VOCs浓度的增长，长度的影响略小于直径。
图3 藤条香薰VOCs释放机制示意图
图4 通风条件下独立性实验验证
通过CFD计算室内的浓度分布
作者进一步通过CFD模拟了三种主要VOCs（乙酸芳樟酯，芳樟醇和柠檬烯）浓度的空间分布。结果表明，香薰的位置和换气次数都会显著影响室内VOCs的浓度分布和水平。床头柜上的香薰在人体呼吸区的VOCs浓度大约为梳妆台上的1.38倍，人体暴露量为其1.43倍。换气次数为1h-1时人体呼吸区VOCs的浓度约为0.5 h-1时的60%。
图5乙酸芳樟酯和柠檬烯在人体呼吸区横截面和香薰纵截面上浓度的空间分布
这项工作有助于从机制上理解藤条香薰中VOCs释放的动力学特性，为香薰释放VOCs的暴露量及健康风险的估算提供支撑，为香薰产品的安全性的保障奠定科学基础。
本文原文来自Cell Press细胞出版社